KR20140042154A - 차량용 조향장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 조향장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 스티어링휠의 조작에 의한 피니언축의 회전 구동력을 랙바의 직선 운동으로 전달하는 차량용 조향장치에 있어서, 랙하우징 내 수용되어 길이 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 일측에 랙기어가 형성되어 피니언축의 피니언기어와 치합되는 랙바; 상기 랙바의 일측을 지지하는 서포트요크; 상기 랙바의 타측을 지지하는 랙부시; 및 상기 서포트요크와 인접하게 상기 랙하우징 내에 장착되어 상기 랙바를 지지하는 서포트부시; 를 포함하는 차량용 조향장치가 제공될 수 있다.

Description

차량용 조향장치 {STEERING APPARATUS FOR VEHICLE}
본 발명의 차량용 조향장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스티어링휠의 조향 조작을 링크 및 기어 구조를 통해 차량의 각 휠로 전달하는 차량용 조향장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스티어링 휠을 통한 차량의 조향(操向) 구동은 랙-피니언 구조로 이루어진 차량용 조향장치를 통해 차량의 각 휠로 전달되게 된다. 도 1은 종래의 차량용 조향장치를 도시한 개략도로서, 도 1을 참고하면, 차량용 조향장치(10)는 스티어링 휠과 연결된 피니언축(11)을 통해 스티어링 휠의 조작력이 전달되게 되며, 피니언축(11)은 단부에 마련된 피니언기어가 랙바(12)에 형성된 랙기어와 치합되어, 조향 조작에 따라 랙바(12)를 길이 방향으로 이동시키게 된다.
이때, 랙바(12)는 길이 방향으로 연장 형성된 일종의 바아(bar)로, 양단의 타이로드엔드(tie rod end)에 의해 차량의 각 휠과 연결되게 되며, 피니언축의 피니언기어와 치합되는 측은 서포트요크(14)에 의해 탄성 지지되고, 반대측은 랙부시(15)에 의해 랙하우징(13) 내 지지되게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 차량용 조향장치(10)에서 랙바(12)는 일측이 서포트요크(14)에 의해 지지되고, 타측이 랙부시(15)에 의해 2점 지지되는 구조를 가지고 있는데, 이와 같은 2점 지지 구조는 랙바(12)에 작용되는 굽힘응력을 충분히 지지하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 굽힘응력으로 인해 랙바(12)를 지지하는 서포트요크(14)나 랙부시(15)에 마모가 발생되어, 좌우 반전 조타 등의 경우에 유격 소음을 일으키고, 차량용 조향장치의 내구성을 저하시키는 문제점이 빈번하게 발생되고 있다.
본 발명의 실시예들은, 랙바의 지지 성능이 개선된 차량용 조향장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 스티어링휠의 조작에 의한 피니언축의 회전 구동력을 랙바의 직선 운동으로 전달하는 차량용 조향장치에 있어서, 랙하우징 내 수용되어 길이 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 일측에 랙기어가 형성되어 피니언축의 피니언기어와 치합되는 랙바; 상기 랙바의 일측을 지지하는 서포트요크; 상기 랙바의 타측을 지지하는 랙부시; 및 상기 서포트요크와 인접하게 상기 랙하우징 내에 장착되어 상기 랙바를 지지하는 서포트부시; 를 포함하는 차량용 조향장치가 제공될 수 있다.
이때, 상기 서포트부시는, 일측에 개구부를 구비하고 상기 랙바의 외주면을 감싸도록 체결되되, 상기 개구부는 상기 랙바에 형성된 상기 랙기어에 대응되는 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 서포트부시는, 내주면에 복수개의 지지돌기를 구비하되, 상기 복수개의 지지돌기는 상기 랙바의 외주면에 접촉되어 상기 랙바를 지지하도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 복수개의 지지돌기는, 상기 서포트부시의 내주면에 방사형으로 소정간격 이격 배치된 4개의 지지돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서포트부시는, 상기 서포트부시를 상기 랙바의 길이 방향으로 고정 지지하는 제 1 고정돌기와, 상기 서포트부시를 회전 방향으로 고정 지지하는 제 2 고정돌기를 구비할 수 있다.
또한, 상기 서포트부시는, 외주면 일측이 소정정도 오목하게 인입되어 원주 방향 두께가 상대적으로 얇게 형성된 적어도 하나의 탄성홈을 구비할 수 있다.
이때, 상기 적어도 하나의 탄성홈은, 상기 서포트부시의 좌우측에 서로 대응되도록 배치된 한 쌍의 탄성홈을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 차량용 조향장치는, 서포트요크, 랙부시 및 서포트부시에 의한 3점 지지 구조를 가짐으로써, 랙바의 양단이 랙부시 및 서포트부시에 의해 각각 안정적으로 지지될 수 있다. 따라서 랙바의 반경 방향 거동이나 굽힘 응력을 보다 견고히 지지할 수 있으며, 이로 인해, 랙바의 굽힘 응력이나 반경 방향 거동으로 인한 서포트요크나 기어 치형의 마모가 줄어들어, 마모로 인한 반전 조타시의 유격 소음을 저감시키는 한편, 내구성 또한 향상될 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 조향장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치를 도시한 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치를 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에서 서포트 부시를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에서 서포트 부시를 보여주는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치의 작동 상태도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에 대해 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치를 도시한 부분단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치를 도시한 측단면도이다.
설명의 편의를 위하여, 도 2 및 도 3에서는 랙부시로 지지되는 측에 대하여는 생략하고, 피니언축이 배치되고 서포트요크에 의해 지지되는 측에 대하여만 도시하였음을 알려둔다 (도 1 참고).
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 랙하우징(110)과 랙바(120)를 포함할 수 있다. 랙바(120)는 길이방향으로 연장 형성되어 랙하우징(110) 내 수용되며, 랙하우징(110) 내에서 길이 방향으로 이동 가능하도록 형성된다. 랙바(120)의 일측에는 랙기어(121)가 형성될 수 있으며, 상기와 같은 랙기어(121)는 피니언축(미도시)에 마련된 피니언기어(미도시)와 치합되어 랙바(120)를 길이 방향으로 이동시키게 된다. 또한, 랙바(120)의 양단에는 타이로드엔드(tie rod end)가 장착될 수 있으며, 도시되지 않았으나, 랙바(120)의 타측(즉, 피니언축이 배치된 반대측)은 랙부시에 의해 랙하우징(110) 내 지지되게 된다 (도 1 참고).
한편, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 피니언축(미도시)과 서포트요크(130)를 포함할 수 있다. 피니언축은 차량의 스티어링휠과 연결되어 운전자의 조향 조작을 랙바(120)로 전달하며, 도시되지 않았으나, 랙바(120)의 랙기어(121)와 치합되는 피니언기어를 구비하고, 회전 운동을 랙바(120)의 직선 운동으로 전달하게 된다. 또한, 서포트요크(130)는 랙기어(121)가 형성된 측의 반대편에서 랙바(120)를 탄성 지지하는 것으로, 랙바(120)의 랙기어(121)와 피니언축의 피니언기어를 밀착시켜 구동력의 전달이 원활히 이뤄지도록 하는 한편, 랙바(120)의 길이 방향 이동시 랙바(120)의 일측을 랙하우징(110) 내에서 지지하는 기능을 할 수 있다.
상기와 같은 랙하우징(110), 랙바(120), 피니언축 및 서포트요크(130)는 종래의 차량용 조향장치에 개시된 구성과 유사하게 형성될 수 있으며, 본 실시예의 기술적 요지와는 다소 거리가 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 랙하우징(110) 내에 랙바(120)의 지지를 위한 서포트부시(140)가 추가됨을 기술적 특징으로 한다. 서포트부시(140)는 랙하우징(110) 내 장착되어 랙바(120)를 다점 지지하게 되며, 이로 인해, 종래 차량용 조향장치에서는 랙바가 서포트요크와 랙부시에 의해 2점 지지되던데 반해(도 1 참고), 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)에서는 랙바(120)가 서포트요크(130), 랙부시 및 서포트부시(140)에 의해 3점 지지되게 된다. 이러한 3점 지지 방식은 마모 손상을 줄여 차량용 조향장치(100)의 내구성을 향상시킬 뿐만 아니라, 종래 좌우 반전 조타시 발생되던 유격 소음 또한 저감시킬 수 있다. 이에 대하여는, 본 실시예의 작동에 대한 설명에서 부연 설명하기로 하며, 이하에서는, 서포트부시(140)에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에서 서포트 부시를 보여주는 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치에서 서포트 부시를 보여주는 측면도이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 서포트부시(140)는 전체적으로 원호가 일부 잘려나간 링(ring) 형태나, 'C'자 형태로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 서포트부시(140)는 일측에 개구부(141)가 형성될 수 있다. 서포트부시(140)는 랙하우징(110) 내 장착되어 랙바(120)의 외주면을 감싸는 형태로 랙바(120)와 체결되게 된다. 이때, 서포트부시(140)의 개구부(141)는 랙바(120)의 랙기어(121)와 대응되는 방향으로 배치되어, 서포트부시(140)의 부가로 인해 랙바(120)의 이동이나 랙기어(121)에 간섭이 일어나지 않도록 한다.
서포트부시(140)는 랙하우징(110) 내에 고정 설치되며 설치 위치에서 이탈되지 않도록 제 1, 2 고정돌기(142, 143)를 구비할 수 있다. 제 1, 2 고정돌기(142, 143)는 랙바(120)의 길이 방향 이동시 서포트부시(140)가 설치 위치에서 이탈되지 않도록 서포트부시(140)를 랙하우징(110) 내 고정 지지한다. 즉, 제 1 고정돌기(142)는 서포트부시(140)의 랙바(120)의 길이 방향으로 이동되지 않도록 고정 지지하며, 제 2 고정돌기(143)는 서포트부시(140)가 랙바(120)의 길이 방향을 회전축으로 회전되지 않도록 고정 지지한다.
한편, 서포트부시(140)의 내주면에는 복수개의 지지돌기(144)가 마련될 수 있다. 복수개의 지지돌기(144)는 랙바(120)의 외주면에 접촉되어 랙바(120)를 지지하기 위한 것으로, 상호 이격 배치되거나, 방사형으로 배치되어 랙바(120)를 다점 지지하게 된다. 본 실시예의 경우, 4개의 지지돌기(144)가 서포트부시(140)에 마련되어, 랙바(120)를 4점 지지하도록 형성된 경우를 예시하였다. 다만, 지지돌기(144)의 개수는 필요에 따라 증감 변동될 수 있음은 물론이다.
또한, 서포트부시(140)에는 랙바(120)를 소정정도 탄성 지지할 수 있도록 원주 방향 두께가 얇게 형성된 탄성홈(145)이 마련될 수 있다. 다시 말하면, 서포트부시(140)의 외주면 일측에는 탄성홈(145)이 형성될 수 있다. 탄성홈(145)은 서포트부시(140)의 외주면 일측이 소정정도 오목하게 인입되어 서포트부시(140)의 원주 방향 두께게 얇게 형성된 부위를 지칭하는 것으로, 필요에 따라, 복수개가 형성될 수 있다. 본 실시예의 경우, 서포트부시(140)에 한 쌍의 탄성홈(145)이 상호 소정간격 이격되어 형성된 경우를 예시하였다. 다만, 탄성홈(145)의 개수 또한 필요에 따라 증감 변동될 수 있음은 물론이다.
상기와 같은 탄성홈(145)은 랙바(120)에서 전달되는 원주 방향의 하중을 서포트부시(140)가 소정정도 탄성 지지할 수 있도록 한다. 다시 말하면, 탄성홈(145)은 랙바(120)에서 전달되는 원주 방향 하중에 대해 서포트부시(140)가 일종의 스프링과 같은 완충 기능을 수행할 수 있도록 한다. 따라서 상기와 같은 탄성홈(145)은 랙바(120)의 이동이 보다 부드럽게 이뤄질 수 있도록 하며, 필요에 따라, 탄성홈(145)의 크기나 두께를 조절하여 서포트부시(140)가 랙바(120)에 접촉됨으로 인한 마찰력 등을 조절 가능하게 한다.
이하, 도면을 참고하여, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치의 작동에 대해 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 조향장치의 작동 상태도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 6에서는 중립 상태에서 우측으로 풀턴(full turn) 작동시 차량용 조향장치의 작동을 예시하였으며, 비교 편의를 위해, 도 6의 (a)에서는 종래의 차량용 조향장치에서의 작동을, 도 6의 (b)에서는 본 실시예에 따른 차량용 조향장치에서의 작동을 개략적으로 도시하였음을 알려둔다.
먼저 도 6의 (a)를 참고하면, 종래의 차량용 조향장치(10)의 경우, 중립 상태에서 우측으로 풀턴 작동하게 되면, 랙바(12)의 우측부는 랙부시(15)에 의해 지지되나, 좌측부는 서포트요크(14)와 멀어지게 됨에 따라 상대적으로 큰 굽힘응력(bending force)를 받게 된다. 상기와 같은 큰 굽힘응력은 서포트요크(14)나 피니언축(11)과 랙바(12)가 치형 결합되는 부위에 많은 지지하중을 인가하게 되며, 이로 인해, 서포트요크(14)나 기어 치형에 마모를 일으키게 된다. 나아가, 서포트요크(14)나 기어 치형의 마모가 지속되면, 마모로 인한 유격이 발생되게 되며, 이는 좌우측 반전 조타시 유격 소음을 일으키는 원인이 될 수 있다.
한편, 도 6의 (b)를 참고하면, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)의 경우, 기존의 차량용 조향장치(10)에서 서포트요크(14)와 랙부시(15)에 의해 2점 지지되던 방식에서, 서포트부시(140)가 추가됨으로 인해, 3점 지지 방식으로 개선되었음을 알 수 있다. 따라서 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 우측으로 풀턴 조작시에도, 랙바(120)의 우측부가 서포트부시(140)에 의해 안정적으로 지지될 수 있다. 다시 말하면, 랙바(120)의 양단이 랙부시 및 서포트부시(140)에 의해 각각 안정적으로 지지될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 우측으로 풀턴시에도 랙바(120)가 상대적으로 적은 굽힘 응력을 받게 되며, 랙바(120)의 양단이 안정적으로 지지됨으로 인해, 랙바(120)의 반경 방향 거동 또한 감소되게 된다. 이는 랙바(120)의 굽힘 응력이나 반경 방향 거동으로 인한 서포트요크(130)나 기어 치형의 마모가 줄어듬을 의미하며, 따라서 본 실시예에 따른 차량용 조향장치(100)는 마모로 인한 반전 조타시의 유격 소음을 저감시키는 한편, 내구성 또한 향상되게 된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 차량용 조향장치 110: 랙하우징
120: 랙바 130: 서포트요크
140: 서포트부시

Claims (7)

  1. 스티어링휠의 조작에 의한 피니언축의 회전 구동력을 랙바의 직선 운동으로 전달하는 차량용 조향장치에 있어서,
    랙하우징 내 수용되어 길이 방향으로 이동 가능하도록 형성되며, 일측에 랙기어가 형성되어 피니언축의 피니언기어와 치합되는 랙바;
    상기 랙바의 일측을 지지하는 서포트요크;
    상기 랙바의 타측을 지지하는 랙부시; 및
    상기 서포트요크와 인접하게 상기 랙하우징 내에 장착되어 상기 랙바를 지지하는 서포트부시; 를 포함하는 차량용 조향장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트부시는, 일측에 개구부를 구비하고 상기 랙바의 외주면을 감싸도록 체결되되, 상기 개구부는 상기 랙바에 형성된 상기 랙기어에 대응되는 방향으로 배치되는 차량용 조향장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트부시는, 내주면에 복수개의 지지돌기를 구비하되, 상기 복수개의 지지돌기는 상기 랙바의 외주면에 접촉되어 상기 랙바를 지지하도록 형성된 차량용 조향장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수개의 지지돌기는, 상기 서포트부시의 내주면에 방사형으로 소정간격 이격 배치된 4개의 지지돌기를 포함하는 차량용 조향장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트부시는, 상기 서포트부시를 상기 랙바의 길이 방향으로 고정 지지하는 제 1 고정돌기와, 상기 서포트부시를 회전 방향으로 고정 지지하는 제 2 고정돌기를 구비하는 차량용 조향장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서포트부시는, 외주면 일측이 소정정도 오목하게 인입되어 원주 방향 두께가 상대적으로 얇게 형성된 적어도 하나의 탄성홈을 구비하는 차량용 조향장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 탄성홈은, 상기 서포트부시의 좌우측에 서로 대응되도록 배치된 한 쌍의 탄성홈을 포함하는 차량용 조향장치.
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